Beton yanar mı? Agregaların yangın dayanımı nedir?

Beton yanar mı sorusuna etki eden bir çok etken olmasına karşın klasik bir beton tasarımı için genel bir açıklama yapabiliriz. Yüksek sıcaklığa maruz kaldığında mükemmel bir içsel davranış gösteren beton, yanmaz bir yapı malzemesi olup A1 sınıfına girmektedir. Yanmaması nedeniyle yangın sırasında betondan zehirli gaz ve duman çıkışı olmamaktadır. Ayrıca yüksek ısıl yoğunluğa sahip olması nedeniyle uzun süre boyunca yüksek sıcaklığa direnç gösterebilmektedir. Ancak, kompleks bir yapı malzemesi olan betonun malzeme özellikleri, yüksek sıcaklık etkisi altında önemli ölçüde değişim gösterebilmektedir.

Yangın nedir?

Yangın, katı, sıvı ve gaz halindeki maddelerin kontrol dışı yanması sonucu meydana gelen olaydır. Yangının başlaması ile meydana gelen ısı üç yolla yayılır: moleküller arası ısı transferiyle (kondüksiyon), molekül hareketleriyle (konveksiyon), ısının cismin yüzeyinden eloktromanyetik dalgalar ile emilmesiyle (radyasyon). Bir yangın, ateşleme, yavaş yanma, ısınma ve soğuma olmak üzere dört aşamadan meydana gelir.

Yangın yapı elemanlarına ve dolayısıyla yapıya büyük zararlar verebilmekte, yıkımlara, can ve mal kayıplarına neden olmaktadır. Bu sebeple, yapılarda en çok kullanılan malzeme olan betonun yangın altındaki davranışının bilinmesi ve betonun yangına karşı olan dayanımının geliştirilmesi gerekmektedir.

Beton yanar mı sorusuna bileşenlerin cevabı

Betonu oluşturan ana bileşenler; çimento, su ve agregadır. Gerektiğinde kimyasal ve/veya mineral katkılar kullanılarak betonun performansı istenilen yönde iyileştirilebilmektedir. Beton bileşenlerinin her biri ısıl etkilenmeye karşı farklı bir reaksiyon göstermektedir. Dolayısıyla beton bileşenleri arasında termal bir uyumsuzluk söz konusudur. Betondaki sıcaklık değişimleri, farklı ısıl özelliklere sahip beton bileşenlerinde farklı hacim değişimlerine, çatlak oluşumuna ve beton dayanımının azalmasına neden olmakta ve çimento hamuru ile agrega arasındaki aderansı azaltmaktadır.

Beton içerisinde serbest halde bulunan su, 100-200ºC civarındaki düşük sıcaklıklarda buharlaşmakta ve bu buharlaşma beton içinde buhar basıncı oluşturmaktadır. Beton içerisinde kimyasal bağlı olarak bulunan su ise 100ºC ile 800ºC arasındaki sıcaklıklarda buharlaşmaktadır. 300ºC mertebesinde agregalar genleşip dağılmaya, çimento hamuru ise büzüşmeye başlamaktadır. Bu sıcaklıktaki uzun süreli ısıtma, çekme dayanımında önemli kayıplara neden olmaktadır. 400ºC ile 600ºC arasındaki bir sıcaklıkta kalsiyum hidroksit, kalsiyum oksit ve suya dönüşmektedir. Daha fazla su buharının oluşması iç gerilmelerin artmasına ve önemli fiziksel güç kayıplarına neden olmaktadır.

Agrega yangın dayanımı

Yüksek sıcaklık, beton hacminin önemli bir miktarını oluşturan agregaları da etkilemektedir. Yüksek sıcaklık etkisindeki agregaların davranışları agrega türüne bağlı olarak büyük ölçüde farklılık gösterebilmektedir. Silis esaslı agregalar için kritik sıcaklıklar 250ºC ile 575ºC’ler arasındadır. Kalker ve dolomitten oluşan agregalar ise 700ºC’ye kadar kararlılıklarını korumaktadırlar. Kuvars bazlı agregalar yaklaşık 575ºC’de gerçekleşen bir faz dönüşümü (alfa kuvarsdan beta kuvarsa geçiş) nedeniyle hacim artışı yaşamaktadır. Genel anlamda, tüm agregaların sıcaklığa karşı gösterdiği reaksiyon kolaylıkla tespit edilebilmektedir. Beton bir bütün olarak düşünüldüğünde, betonun agregalarda meydana gelen değişimlere vereceği tepkinin belirlenmesi ise oldukça zordur. Örneğin, çimento hamuru ve agregalardaki farklı ısıl genleşmeler, betonda çatlak oluşumu ve kavlanmaya neden olabilmektedir.

Hafif ve Ağır Agrega’nın yangın dayanımına etkisi

Yapı malzemeleri; yanıcılık açısından, yanıcı olmayanlar ve yanıcı-tutuşabilir olanlar olmak üzere sınıflandırılabilir. Beton, taş ve tuğla benzeri inorganik malzemeler yanıcı değildir. Yangın esnasında sıcaklık 600ºC’yi aşıp, 1200ºC’e kadar ulaşabilmektedir. Yapıda kullanılan betonun yüksek sıcaklıktan etkilenme derecesi; betonun karışım tasarımı, yaşı ve nem içeriğine bağlı olarak değişir. Betonun boşluk yapısı; üretiminde kullanılan agrega tipi ve matris yapısı, betonun ısıl iletkenlik ve yoğunluğunu, bunlar da betonun ısıl davranışını doğrudan etkilemektedir. Hafif agregalar ile üretilen betonların yoğunluğu ve ısıl iletkenliği, normal agregalar ile üretilen betonlardan daha düşüktür.

Mineral bazlı agregalar (genleştirilmiş kil vb.) ile üretilmiş beton; yanmaz ve duman çıkartmaz iken, örneğin organik bazlı agregalı (Palm cürufu vb.) betonun yangın dayanımı düşüktür. Karışımda kullanılan agrega boşluk yapısı, ısıl genleşme ve ısı iletim katsayıları, betonun yangın geciktirmesi ile doğrudan bağlantılıdır.

Beton yanar mı sorusunu kendi beton tasarımınız için sorgularken içeriğindeki bileşenleri mutlaka değerlendirin. İçeriğinde kolay yanan bir bileşen olması tüm durumu baştan sona değiştirebilir.